基于3.2M滾齒機(jī)的樅樹(shù)形葉根槽的加工

（長(zhǎng)沙賽爾透平機(jī)械有限公司 ，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

基于3.2M滾齒機(jī)的樅樹(shù)形葉根槽的加工

李 勇 范萬(wàn)生

（長(zhǎng)沙賽爾透平機(jī)械有限公司 ，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

對(duì)3．2M滾齒機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，定制科學(xué)的加工方案并進(jìn)行工藝試驗(yàn)，完成了整鍛式轉(zhuǎn)子輪盤(pán)上樅樹(shù)形葉根槽的加工，為樅樹(shù)形葉根槽在滾齒機(jī)上的加工積累了經(jīng)驗(yàn)。

滾齒機(jī)；樅樹(shù)形葉根槽 ;加工

概述

圖1 整鍛式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的關(guān)鍵件，空間扭曲的葉片通過(guò)葉根與轉(zhuǎn)子輪盤(pán)連接，然后一起在高溫高壓的火紅蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，承受著離心力、彎矩和扭矩的作用。如此復(fù)雜的工況下，若葉片脫離輪槽飛出，則足以擊穿缸體，沖破廠房，這就對(duì)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)和制造提出了高要求。按照制造工藝轉(zhuǎn)子可分為套裝式、整鍛式、組合及焊接式。整鍛式轉(zhuǎn)子，葉輪和主軸是整體的，不存在高溫松動(dòng)情況，裝配零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，剛性好，但是生產(chǎn)難度高、價(jià)格高、周期也長(zhǎng)。

葉片與轉(zhuǎn)子輪盤(pán)的連接，根據(jù)葉根截面形式可分為叉形、菌形、T形、樅樹(shù)形。樅樹(shù)形接近等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度適應(yīng)性好，裝配方便，運(yùn)行可靠。整鍛式轉(zhuǎn)子樅樹(shù)形輪槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，加工難度大，一旦加工出錯(cuò)，導(dǎo)致報(bào)廢，造成損失經(jīng)濟(jì)巨大，所以在汽輪機(jī)制造中是一個(gè)難點(diǎn)與重點(diǎn)。行業(yè)類樅樹(shù)形輪槽一般采用數(shù)控鏜銑床加工或者專用拉床加工。

目前某公司承接的工業(yè)汽輪機(jī)其關(guān)鍵件轉(zhuǎn)子為六級(jí)整鍛式，轉(zhuǎn)子最大外形φ600mm×2150mm，其六級(jí)輪盤(pán)的葉根槽全部是樅樹(shù)形，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及第六級(jí)輪盤(pán)的葉根槽見(jiàn)圖1。該轉(zhuǎn)子上輪盤(pán)的樅樹(shù)形葉根槽加工尚為首次，由于公司現(xiàn)有加工設(shè)備的限制，最后只能采用國(guó)產(chǎn)3.2M滾齒機(jī)加工轉(zhuǎn)子輪盤(pán)葉根槽。

1 3.2M滾齒機(jī)存在的問(wèn)題及改造

1.1 3.2M滾齒機(jī)存在問(wèn)題

滾齒機(jī)后立柱端面至工作臺(tái)面距離1630mm小于了轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度2150mm，無(wú)法裝夾工件。卡盤(pán)卡爪的夾緊螺桿與螺母間隙大，致使夾緊時(shí)工件校不正。刀具徑向跳動(dòng)0.08mm，影響加工精度，不能加工。現(xiàn)有0.075mm/r走刀量，不能滿足切削的要求，容易崩刃、斷刀。僅靠看標(biāo)尺控制刀具的進(jìn)刀深度，不能精確地保證每個(gè)輪槽深度一致。

1.2 滾齒機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）原滾齒機(jī)后立柱端面至工作臺(tái)面距離為1630mm，滿足加工需要設(shè)計(jì)制作了加高塊，加高快材質(zhì)HT300，高度800mm，并與原后立柱以及底座采用螺栓聯(lián)接，并配打定位銷，從而能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的裝夾定位。

圖2 銑刀錐套裝配示意圖

（2）設(shè)計(jì)制作特殊卡盤(pán)卡爪，卡爪上增加四瓣較長(zhǎng)較厚的長(zhǎng)弧形銅墊塊，再旋緊夾緊螺桿時(shí)，卡盤(pán)爪不再向上翹而是水平方向施力夾緊工件，百分表指針?lè)€(wěn)定，很容易校正工件實(shí)現(xiàn)了工件同工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周百分表跳動(dòng)小于0.022mm，達(dá)到要求的精度。

（3）刀具跳動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)刀架座套精度良好，而銑刀錐套喪失原有精度，于是重新添置高精度的銑刀錐套，重新檢測(cè)，刀具跳動(dòng)小于0.02mm，達(dá)到要求，可以加工。銑刀錐套裝配如圖2所示

（4）進(jìn)刀機(jī)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)可調(diào)的走刀量，對(duì)走刀傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)+行星擺線減速機(jī)+輸入走到運(yùn)動(dòng)的直齒輪，調(diào)整減速裝置的幾何位置，使直齒輪與走刀運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)掛輪相嚙合，同時(shí)拆卸下與該掛輪原來(lái)相嚙合的主動(dòng)齒輪。通過(guò)該減速裝置使銑刀機(jī)動(dòng)走刀，在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線路上接入電流表，便可以顯示電流大小并能方便地調(diào)節(jié)，以改變銑刀的走刀量。經(jīng)過(guò)走刀系統(tǒng)傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)的計(jì)算，完全實(shí)現(xiàn)了銑刀的走刀量從0.001mm/r，起步，進(jìn)行實(shí)際的切削試驗(yàn)。該減速裝置如圖3所示。

（5）進(jìn)刀深度控制方法

工件分度后粗、精銑樅樹(shù)形葉根槽時(shí)，槽全深的不等偏差規(guī)定在0.08mm以內(nèi)，要達(dá)到所有槽的進(jìn)刀深度在規(guī)定的偏差以內(nèi)，只看標(biāo)尺進(jìn)刀是十分危險(xiǎn)的。為此，設(shè)計(jì)了百分表監(jiān)視和行程擋塊終點(diǎn)限制的雙重監(jiān)控方法，采用機(jī)動(dòng)和手動(dòng)交替進(jìn)刀，有效實(shí)現(xiàn)了進(jìn)刀深度的控制。

圖3 減速裝置示意圖

圖4 改進(jìn)后滾齒機(jī)加工示意圖

表1 切削參數(shù)表

改進(jìn)后滾齒機(jī)加工示意圖如圖4所示。

2 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 工藝方案

（1）工件安裝、定位、校正，夾緊后跳動(dòng)小于0.022mm；

（2）粗銑輪槽，用梯型盤(pán)銑刀在第一級(jí)輪盤(pán)上銑出全部梯形槽。

（3）半精銑輪槽，用樅樹(shù)型葉根槽粗銑刀粗銑出第一級(jí)輪盤(pán)上的

各葉輪槽。

（4）精銑輪槽，用樅樹(shù)型葉根槽精銑刀再精銑出第一級(jí)輪盤(pán)上的各葉根槽。

（5）按上述各步加工順序，依次加工好第二、三、四、六、五各級(jí)輪盤(pán)上的葉根槽。第五級(jí)輪盤(pán)直徑較小，只能用直徑大一些的梯形盤(pán)銑刀來(lái)完成預(yù)銑梯形槽，故放在最后換刀加工。

（6）清理，去毛刺。

2.2 切削參數(shù)

（1）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料為鉻鎳鉬釩鋼，熱處理后的硬度較高HB321，加工中刀具及切削參數(shù)也是一個(gè)難點(diǎn)，樅樹(shù)形銑刀受到葉根槽結(jié)構(gòu)及尺寸的限制，隨之限制了刀具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和容屑能力，尤其是一次性進(jìn)入葉根槽的全深，切削量大，切削阻力就很大，振動(dòng)就很大，容易崩刃、斷刀。 為此根據(jù)轉(zhuǎn)子材料、機(jī)床的加工性能、允許的切削量、刀具的剛性以及耐用度，結(jié)合實(shí)際試切實(shí)驗(yàn)，最終確定了切削參數(shù)見(jiàn)表1。

（2）選用潤(rùn)滑效果較好的硫化油作為冷卻潤(rùn)滑液。

加工過(guò)程中，需減少刃口堆積并保護(hù)刀具尖端不受磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命，以減少因更換刀具和修整刀具而造成的停機(jī)時(shí)間。表面加工精度和粗糙度也要嚴(yán)格控制。油基切削液的潤(rùn)滑性能較好，冷卻效果較差，適合于切削速度低于30m/min。綜合評(píng)價(jià)，并試用后選擇硫化油作為冷卻潤(rùn)滑液。

2.3 檢驗(yàn)方法

各輪盤(pán)的葉根槽用標(biāo)準(zhǔn)樣板檢查，其余用量具檢查。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)公司技術(shù)員和操作人員共同努力，通過(guò)上述措施順利完成了該轉(zhuǎn)子樅樹(shù)型葉根槽的加工任務(wù)，一般葉根槽的全深誤差在0.04mm，少量在0.06mm以內(nèi)，葉根槽的不等距偏差在0.06mm以內(nèi)，葉根槽的表面粗糙度達(dá)Ra3.2，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。如期完成交付用戶，獲息現(xiàn)場(chǎng)試車、運(yùn)行平穩(wěn)良好。

本次加工實(shí)例在3.2M滾齒機(jī)上順利完成，為樅樹(shù)型葉根槽的加工開(kāi)辟了新方法，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

[1] 張克舫, 沈惠坊． 汽輪機(jī)技術(shù)問(wèn)答[M]．中國(guó)石化出版社, 2006．

[2]盤(pán)軸制造技術(shù)[M]． 北京：科技出版社，2002．

[3]權(quán)正中．大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉根槽的精密分度加工[J]． 金屬加工: 冷加工, 2012（1）: 29-32．

[4]張作慧, 吳偉東, 賈爽． 透平靜葉片圓弧及圓弧槽加工工藝研究[J]． 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2012 （20）: 60-61．

[5]宋慧軍, 李贊, 于菲，等． 渦輪盤(pán)榫槽綜合測(cè)具的研究[J]． 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2012 （18）: 133-133．

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